(57)【要約】【課題】ポンピングロスの増大を回避しつつ、気筒内に発生させるスワールを強化する。【解決手段】第１吸気ポート及び第２吸気ポートがそれぞれ接続された複数の気筒の、第１吸気ポートが共通して接続する第１吸気マニホールドと、第２吸気ポートが共通して接続する第２吸気マニホールドと、第１、第２吸気マニホールドとが集合して接続する吸気通路とを備える。第１吸気マニホールド内の、吸気通路との接続部付近には、第１吸気マニホールドの通路面積を変更する第１調整弁が配置され、第２吸気マニホールド内の、吸気通路との接続部付近には、第２吸気マニホールドの通路面積を変更する第２調整弁が配置されている。また、吸気通路には、吸気通路の過給圧を変動させる過給機が配置されている。【選択図】図１
2007291917.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１吸気ポート及び第２吸気ポートがそれぞれ接続された複数の気筒と、
前記複数の気筒の前記第１吸気ポートが共通して接続する第１吸気マニホールドと、
前記複数の気筒の前記第２吸気ポートが共通して接続する第２吸気マニホールドと、
前記第１吸気マニホールドと前記第２吸気マニホールドとが集合して接続する吸気通路と、
前記第１吸気マニホールド内の、前記吸気通路との接続部付近に配置され、前記第１吸気マニホールドの通路面積を変更する第１調整弁と、
前記第２吸気マニホールド内の、前記吸気通路との接続部付近に配置され、前記第２吸気マニホールドの通路面積を変更する第２調整弁と、
前記吸気通路に配置され、前記吸気通路内の過給圧を変動させる過給機と、
を備えることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記気筒からの排気ガスが流出する排気通路と、
前記排気通路と、前記第１吸気マニホールドの前記第１調整弁の下流側とに接続され、前記排気ガスを前記第１吸気マニホールドに再循環させるＥＧＲ機構と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
内燃機関の気筒内に発生するスワールを制御する内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関は、
複数の気筒と、
前記複数の気筒のそれぞれに連通する充填ポートと、
前記複数の気筒のそれぞれに連通し、前記気筒内にスワールを発生させる形状に構成されたスワールポートと、
前記充填ポート内に流入するガス流量を変動させる充填弁と、
前記スワールポート内に流入するガス流量を変動させるスワール弁と、
前記内燃機関の吸気通路に配置され、前記吸気通路内の過給圧を変動させる過給機と、
を備え、
前記内燃機関の制御装置は、
前記充填弁及びスワール弁の開度を制御する弁制御手段と、
前記過給機を制御する過給機制御手段と、
前記内燃機関の目標スワールを算出する目標スワール算出手段と、
前記目標スワールに応じて、スワールを強化する制御を行うか否かを判断するスワール強化判断手段と、
を備え、
前記弁制御手段は、前記スワール強化判断手段において、スワールを強化する制御を行うと判断された場合に、前記スワールポート内のガス流量が、前記充填ポート内のガス流量よりも大きくなるように前記スワール弁の開度を制御し、
前記過給機制御手段は、前記スワール強化判断手段において、スワールを強化する制御を行うと判断された場合に、過給圧を上昇させるように前記過給機を制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記内燃機関の運転状態に応じた基本開度を算出する基本開度算出手段を更に備え、
前記弁制御手段は、前記スワール強化判断手段において、スワールを強化する制御を行うと判断された場合に、前記充填弁の開度を、前記基本開度に設定することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記弁制御手段は、前記スワール強化判断手段において、スワールを強化する制御を行わないと判断された場合に、前記充填ポート内のガス流量と、前記スワールポート内のガス流量とが同一になるように、前記充填弁及び前記スワール弁の開度を制御することを特徴とする請求項３又は４に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記内燃機関は、
前記複数の気筒の前記充填ポートが共通して接続する充填側マニホールドと、
前記複数の気筒の前記スワールポートが共通して接続するスワール側マニホールドと、
前記充填側マニホールドと前記スワール側マニホールドとが集合して接続する吸気通路と、
前記吸気通路との接続部より下流側に接続し、前記第１吸気マニホールド内に、前記気筒から排出される排気ガスを循環させるＥＧＲ機構と、
を更に備え、
前記内燃機関の制御装置は、
前記充填側マニホールドに、前記排気ガスを循環させるか否かを判断するＥＧＲ判断手段と、
前記ＥＧＲ判断手段において、排気ガスを循環させると判断された場合に、前記内燃機関の運転状態に応じて、前記排気ガスの循環量を制御するＥＧＲ制御手段と、
を備え、
前記弁制御手段は、前記ＥＧＲ判断手段において、排気ガスを循環させると判断された場合に、前記循環量に応じて、前記充填弁の開度を、前記排気ガスを循環させない場合に設定される前記充填弁の開度よりも小さくなるように制御することを特徴とする請求項３から５のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は内燃機関及び内燃機関の制御装置に関する。更に具体的には、内燃機関の各気筒にスワールを発生し得る内燃機関及び内燃機関の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、特開２００２−３７１８５６号公報には、内燃機関の気筒内に発生させるスワールを制御するシステムが開示されている。このシステムにおいて、各気筒には２つの異なる形状の吸気ポートが連通されている。２つの吸気ポートのうち、一方の吸気ポートは旋回流が発生しやすい形状のヘリカルポートであり、他方は、一方のヘリカルポートにより生成されるスワールを打ち消し、旋回流を発生させないようにする形状のタンジェンシャルポートである。タンジェンシャルポートのそれぞれには、通路面積を変更するためのスワールコントロール弁(ＳＣ弁)が設置されている。
【０００３】
このシステムは、ＳＣ弁の開閉により各吸気ポートの通路面積を制御することで、適正なスワールを発生させる。より具体的には、機関回転数が低い領域ではＳＣ弁が閉じられる。その結果ヘリカルポートのみから吸気され、気筒内に強いスワールが発生する。一方、機関回転数が高い領域ではＳＣ弁が開かれる。これによりヘリカルポートからの吸気と共に、タンジェンシャルポートからの吸気も行われる。その結果、ヘリカルポートから吸入される空気に付与された旋回方向の流れが、タンジェンシャルポートから吸入される空気に付与された直進性の強い流れにより減衰され、気筒内に高速回転に適した適度なスワールが発生する。このようにスワールが制御されることにより、その時の運転状態に応じて、空気と燃料をと適正に混合させることができる。
【０００４】
また、上記のように、強いスワールを発生させるためＳＣ弁を絞る場合、吸気行程でのピストンの下降時における吸気抵抗が大きくなり、いわゆるポンピングロスが大きくなる。スワールを強化している間の大きなポンピングロスは、例えば内燃機関が低回転低負荷領域内で加速運転状態に移行するような場合には、ドライバが感じる所謂もたつき感の原因となる。このため上記従来のシステムは、低回転低負荷領域内で加速運転が行われる場合には、所定期間ＳＣ弁を全開とする制御を行う。これにより、スワールを強化する制御が停止されて、ポンピングロスの増大が回避される。従って、低回転低負荷領域中の加速要求に対して、回転数を速やかに上昇させることができ、加速運転時のドライバのもたつき感を解消できるものとしている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３７１８５６号公報
【特許文献２】特開２００２−１１５５９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように従来技術のシステムにおいては、吸気ポートの一方(タンジェンシャルポート)に配置されたＳＣ弁を絞ることによりスワールを強化する。従って、スワールを強化させる制御中は、通常運転状態であっても吸気抵抗が増大しポンピングロスが大きくなっている。しかし、燃費の改善のためには、ポンピングロスの増大は可能な限り抑えることが好ましい。この点、上記従来技術のシステムは、内燃機関の低回転低負荷領域での過渡運転時においてのみＳＣ弁の開度を閉弁せずに全開とすることでポンピングロスの増大化を回避している。しかし、通常運転時では、ＳＣ弁を閉じることによりスワールを強化させているため、通常運転時にスワールを強化する場合にはポンピングロス増大を抑えることができない。
【０００７】
また、上記従来技術のシステムのように、吸気ポート(タンジェンシャルポート)のそれぞれにＳＣ弁を設置する場合、気筒ごとにＳＣ弁組み付けのバラツキが生じ、気筒内で発生するスワールに、気筒ごとのバラツキを生じさせる原因となることが考えられる。また上記従来技術のシステムは、ＳＣ弁を閉弁することにより２つの吸気ポート間での空気量に差を生じさせ、これによりスワールを強化する。従って、発生できるスワールの幅が小さく、より大きなスワールを発生できることが望まれる。
【０００８】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、スワールを発生させる場合のポンピングロスを低減するとともに、気筒ごとに生じるスワールのバラツキを解消しつつ、強いスワールを発生できるよう改良した内燃機関の制御装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関であって、
第１吸気ポート及び第２吸気ポートがそれぞれ接続された複数の気筒と、
前記複数の気筒の前記第１吸気ポートが共通して接続する第１吸気マニホールドと、
前記複数の気筒の前記第２吸気ポートが共通して接続する第２吸気マニホールドと、
前記第１吸気マニホールドと前記第２吸気マニホールドとが集合して接続する吸気通路と、
前記第１吸気マニホールド内の、前記吸気通路との接続部付近に配置され、前記第１吸気マニホールドの通路面積を変更する第１調整弁と、
前記第２吸気マニホールド内の、前記吸気通路との接続部付近に配置され、前記第２吸気マニホールドの通路面積を変更する第２調整弁と、
前記吸気通路に配置され、前記吸気通路内の過給圧を変動させる過給機と、
を備えることを特徴とする。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明において、
前記気筒からの排気ガスが流出する排気通路と、
前記排気通路と、前記第１吸気マニホールドの前記第１調整弁の下流側とに接続され、前記排気ガスを前記第１吸気マニホールドに再循環させるＥＧＲ機構と、
を備えることを特徴とする。
【００１１】
第３の発明は、上記目的を達成するため、内燃機関の気筒内に発生するスワールを制御する内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関は、
複数の気筒と、
前記複数の気筒のそれぞれに連通する充填ポートと、
前記複数の気筒のそれぞれに連通し、前記気筒内にスワールを発生させる形状に構成されたスワールポートと、
前記充填ポート内に流入するガス流量を変動させる充填弁と、
前記スワールポート内に流入するガス流量を変動させるスワール弁と、
前記内燃機関の吸気通路に配置され、前記吸気通路内の過給圧を変動させる過給機と、を備え、前記内燃機関の制御装置は、
前記充填弁及びスワール弁の開度を制御する弁制御手段と、
前記過給機を制御する過給機制御手段と、
前記内燃機関の目標スワールを算出する目標スワール算出手段と、
前記目標スワールに応じて、スワールを強化する制御を行うか否かを判断するスワール強化判断手段と、を備え、
前記弁制御手段は、前記スワール強化判断手段において、スワールを強化する制御を行うと判断された場合に、前記スワールポート内のガス流量が、前記充填ポート内のガス流量よりも大きくなるように前記スワール弁の開度を制御し、
前記過給機制御手段は、前記スワール強化判断手段において、スワールを強化する制御を行うと判断された場合に、過給圧を上昇させるように前記過給機を制御することを特徴とする。
【００１２】
第４の発明は、第３の発明において、
前記内燃機関の運転状態に応じた基本開度を算出する基本開度算出手段を更に備え、
前記弁制御手段は、前記スワール強化判断手段において、スワールを強化する制御を行うと判断された場合に、前記充填弁の開度を前記基本開度に設定することを特徴とする。
【００１３】
第５の発明は、第３又は第４の発明において、
前記弁制御手段は、前記スワール強化判断手段において、スワールを強化する制御を行わないと判断された場合に、前記充填ポート内のガス流量と、前記スワールポート内のガス流量とが同一になるように、前記充填弁及び前記スワール弁の開度を制御することを特徴とする。
【００１４】
第６の発明は、第３から第５のいずれかの発明において、
前記内燃機関は、
前記複数の気筒の前記充填ポートが共通して接続する充填側マニホールドと、
前記複数の気筒の前記スワールポートが共通して接続するスワール側マニホールドと、
前記充填側マニホールドと前記スワール側マニホールドとが集合して接続する吸気通路と、
前記吸気通路との接続部より下流側に接続し、前記第１吸気マニホールド内に、前記気筒から排出される排気ガスを循環させるＥＧＲ機構と、を更に備え、
前記内燃機関の制御装置は、
前記充填側マニホールドに、前記排気ガスを循環させるか否かを判断するＥＧＲ判断手段と、
前記ＥＧＲ判断手段において、排気ガスを循環させると判断された場合に、前記内燃機関の運転状態に応じて、前記排気ガスの循環量を制御するＥＧＲ制御手段と、
を備え、
前記弁制御手段は、前記ＥＧＲ判断手段において、排気ガスを循環させると判断された場合に、前記循環量に応じて、前記充填弁の開度を、前記排気ガスを循環させない場合に設定される前記充填弁の開度よりも小さくなるように制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
第１の発明によれば、複数の気筒の各第１吸気ポートが共通して第１吸気マニホールドに接続し、複数の気筒の各第２吸気ポートが共通して第２吸気マニホールドに接続されている。また、第１吸気マニホールド内の、吸気通路との接続部付近には、第１吸気マニホールドの通路面積を変更する第１調整弁が配置され、第２吸気マニホールド内の、吸気通路との接続部付近には、第２吸気マニホールドの通路面積を変更する第２調整弁が配置されている。この内燃機関システムによれば、第１、第２吸気マニホールドに配置された第１調整弁及び第２調整弁を制御することで、連通する全ての第１、第２吸気ポートへの吸気を制御し、気筒内に発生するスワールを一律に制御することができる。従って、気筒ごとのスワールのバラツキを抑えることができる。
【００１６】
また、第１の発明によれば、吸気通路に配置され、吸気通路の過給圧を制御する過給機が備えられている。これにより、スワールを発生させる場合のポンピングロスの増加を回避することができると共に、気筒内に発生できるスワールの幅をより大きくすることができる。
【００１７】
第２の発明によれば、排気通路と、第１吸気マニホールドの第１調整弁の下流側とには、排気ガスを第１吸気マニホールドに再循環させるＥＧＲ機構が接続されている。これにより、再循環される排気ガスを第１吸気マニホールドにのみ流入させることができる。従って、吸気通路から流入される吸入ガスの、第１吸気マニホールドへの供給量は、再循環された排気ガス分少なくすることができる。その結果、吸気通路から流入される吸入ガスを第２吸気マニホールドにより多く流入させることができる。従って、第１吸気ポートと第２吸気ポートとの吸入ガスの量に大きな差を発生させることができ、より大きなスワールを発生させることができる。
【００１８】
第３の発明によれば、内燃機関の複数の気筒のそれぞれに、充填ポート及びスワールポートが接続されている。気筒内に発生するスワールを強化する場合には、スワールポートへのガス流量が、充填ポート側のガス流量よりも大きくなるように制御される。更に、このとき、内燃機関の吸気通路内の過給圧が上昇するように制御される。従って、スワールを強化する場合にも、ポンピングロスの増大を回避しつつ、より大きなスワールを発生させることができる。
【００１９】
また、第４の発明によれば、スワールを強化する制御を行うと判断された場合に、充填ポートのガス流量を変動させる充填弁の開度を、内燃機関の運転状態に応じた基本開度に設定する。これにより、スワール強化時における充填ポート及びスワールポートのガス流量の合計を、スワールを強化しない場合よりも大きくすることができる。従って、スワールを強化する場合におけるポンピングロスの発生を、より確実に抑えつつ、スワールを強化することができる。
【００２０】
また、第５の発明によれば、スワールを強化する制御を行わない場合には、スワールポートのガス流量を変動させるスワール弁の開度を、スワールポート内のガス流量と、充填ポート内のガス流量とが同じになるように設定する。これにより、スワールを発生しない領域において、スワールが過度に大きくなるのを抑えることができる。
【００２１】
また、第６の発明によれば、充填側マニホールドと吸気通路との接続部より下流側において、充填側マニホールド内に、気筒から排出される排気ガスを循環させるＥＧＲ機構が接続されている。このＥＧＲ機構により排気ガスを循環させる場合には、内燃機関の運転状態に応じて設定された循環量に応じて、充填弁の開度を、排気ガスを循環させない場合に設定される充填弁の開度よりも小さくなるように補正する。これにより、排ガス循環中におけるスワールの目標値に応じたスワールを発生させることができると共に、発生できるスワールの幅をより大きくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。
【００２３】
実施の形態１．
[実施の形態１のシステムの構成について]
図１は、この発明の実施の形態１における内燃機関システムについて説明するための模式図である。図１に示すように、このシステムは、内燃機関１０を備え、内燃機関１０に吸入される空気の通路の一部を構成する吸気通路１２を備えている。吸気通路１２は、エアクリーナー(図示せず)等に接続され、吸気通路１２内には外部から大気が導入される。吸気通路１２は、一旦、２つの吸気通路１２ａ、１２ｂに分岐し、分岐した一方の吸気通路１２ａには、後述する構成を有するモータアシストターボチャージャ(ＭＡＴ)１４(過給機)が配置されている。吸気通路１２ｂはＭＡＴ１４をバイパスし、吸気通路１２に設けられた吸気バイパス弁１６において、再び吸気通路１２ａと合流している。吸気バイパス弁１６より下流側の吸気通路１２には、インタークーラ１８が設置されている。吸気通路１２は、インタークーラ１８の下流側において、吸気マニホールド２０の入口に接続されている。
【００２４】
吸気マニホールド２０は、その入口側付近において、充填側マニホールド２２(第１吸気マニホールド)とスワール側マニホールド２４(第２吸気マニホールド)とに分枝されている。充填側マニホールド２２の上流部には充填弁２６(第１調整弁)が配置されている。充填弁２６は、アクチュエータ２８によりその開度が調整されることにより、充填側マニホールド２２の上流部の通路面積を調整する。一方、スワール側マニホールド２４の上流部には、スワールコントロール弁(ＳＣ弁)３０(第２調整弁)が配置されている。ＳＣ弁３０は、アクチュエータ３２によりその開度が調整されることにより、スワール側マニホールド２４の上流部の通路面積を調整する。なお、実施の形態１では、充填側マニホールド２２とスワール側マニホールドとは、その内部の空気の流路の断面積がほぼ同一となるように構成されている。従って、充填弁２６とＳＣ弁３０とが同じ開度に設定された場合には、両マニホールド２２及び２４の通路面積も同一となるように構成されている。
【００２５】
内燃機関１０は４つの気筒３６を備えている。気筒３６のそれぞれには、２つの吸気ポート３８、４０が連通されている。２つの吸気ポートのうち、一方の吸気ポートは充填ポート３８(第１吸気ポート)である。４つの気筒３６の充填ポート３８は、気筒３６とは反対側の端部において、共通の充填側マニホールド２２に接続されている。充填ポート３８は、例えばタンジェンシャルポートのように、充填側マニホールド２２から流入する空気が気筒３６内に吸入される際に、直進性の強い方向の流れを付与する形状に構成されている。他方の吸気ポートは、スワールポート４０(第２吸気ポート)である。４つの気筒３６のスワールポート４０は、気筒３６との接続部とは反対側の端部において、共通のスワール側マニホールド２４に接続されている。スワールポート４０は、例えばヘリカルポートのように、スワール側マニホールド２４から流入する空気が気筒３６に吸入される際に、強い旋回方向の流れを付与するような形状に構成されている。
【００２６】
気筒３６のそれぞれには、２つの排気ポート４２が連通している。排気ポート４２はそれぞれ共通の排気マニホールド４４に接続されている。排気マニホールド４４は下流側において排気通路４６に接続されている。排気通路４６には、ＭＡＴ１４が設置され、その下流側には浄化装置４８が設置されている。
【００２７】
ＭＡＴ１４は、排気タービン５０と吸気コンプレッサ５２とを備えている。また、ＭＡＴ１４には、ＭＡＴコントローラ５６が接続されている。排気タービン５０は排気通路４６に接続されており、吸気コンプレッサ５２は吸気通路１２ａに接続されている。排気通路４６から排気された排気ガスにより排気タービン５０が回転すると、その回転による駆動力が吸気コンプレッサ５２に伝達される。その結果、吸気コンプレッサ５２により吸入空気が圧縮され、吸気通路１２内の過給圧が上昇する。また、吸気コンプレッサ５２には、モータ５４が接続されている。モータ５４はＭＡＴコントローラ５６に接続されている。ＭＡＴコントローラ５６への電力を供給することで、モータ５４を回転させることができる。モータ５４が回転すると、その回転による駆動力により吸気コンプレッサ５２を駆動して、吸気通路１２内の過給圧を上昇させることができる。すなわち、ＭＡＴ１４は、ＭＡＴコントローラ５６への電力供給を制御することにより、吸気通路１２内の過給圧を変動させることができる。
【００２８】
また、実施の形態１のシステムは、内燃機関の制御装置としてのＥＣＵ(Electronic Control Unit)６０を備えている。ＥＣＵ６０には、回転数センサ６２やアクセル開度センサ６４等の各種センサや、吸気バイパス弁１６、充填弁２６のアクチュエータ２８、ＳＣ弁３０のアクチュエータ３２、ＭＡＴコントローラ５６等が接続されている。ＥＣＵ６０は、各種センサ出力から内燃機関１０の運転状態に関する情報等を検出し、これに応じて、必要な制御信号を発信して制御を実行する。
【００２９】
［実施の形態１のシステムが実行する制御について］
上記のように、実施の形態１のシステムの各気筒３６には、充填ポート３８とスワールポート４０とが連通されている。充填ポート３８は気筒３６に直進性の強い状態で空気を流入させる形状に構成されている。一方、スワールポート４０は、スワールポート４０内を流れる空気に横旋回方向の流れを付与し、気筒３６内スワールを発生させる形状に形成されている。従って、充填ポート３８側からの空気の吸気量とスワールポート４０側からの吸気量との差を調整することで、気筒３６内に発生するスワールを制御することができる。
【００３０】
図２は、気筒３６内に発生させるスワールを強化する制御領域と、機関回転数及びトルクとの関係を説明するための図である。図２において、横軸は機関回転数[rpm]を表し、縦軸はトルク[Nm]を表している。また図２において、実線(i)は内燃機関１０の運転領域を表し、一点鎖線(ii)はスワールを強化する領域の境界を表している。図２に示すように、このシステムにおいては、機関回転数[rpm]が低い領域(a)では燃料と空気との混合を促進して着火性及び燃焼性を向上させるため、目標スワールが大きく設定されてスワールを強化するように制御される。一方、機関回転数が大きく、あるいはトルクが大きい領域(b)ではスワールが過剰となるのを回避し、通常スワールに制御される。なお、以下、本実施の形態１において、スワールを強化する領域(a)を「スワール強化領域(a)」とし、通常スワールとする領域(b)を「通常スワール領域(b)」とする。
【００３１】
実施の形態１のシステムにおいて、通常スワール領域(b)では、充填弁２６及びＳＣ弁３０が共に同じ開度に制御される。つまり、各弁２６、３０の取付け位置において、充填側マニホールド２２の通路面積と、スワール側マニホールド２４の通路面積が同じになるように制御される。従って、通常スワール領域(b)において気筒３６に発生する通常スワールは、充填ポート３８とスワールポート４０とからそれぞれ同程度の空気が吸入された場合に気筒３６内に生成されるスワールである。充填弁２６とＳＣ弁３０とが同一開度の場合、気筒３６内には、スワールポート４０から横旋回方向の流れが付与された空気が流入するものの、充填ポート３８から直進性の強い空気が同程度に流入する。従って、この直進性の強い空気が抵抗となりスワールが弱められる。従って、通常スワール領域(b)において生成されるスワールは比較的弱いものとなる。
【００３２】
図３は、通常スワール領域(b)における燃料噴射量と機関回転数と充填弁２６及びＳＣ弁３０の開度との関係を説明するための図である。図３において横軸は機関回転数[rpm]を表し、縦軸は燃料噴射量[mm3/st]を表している。また、図３において、各実線に付記した数字0、30、50、60、70が、充填弁２６の開度[%]を表している。なお、以下実施の形態において充填弁２６及びＳＣ弁３０の開度[%]は、全開を0[%]とし全閉を100[%]とした値であり、値が大きくなるにつれてバルブは締め側に設定されているものとする。
【００３３】
通常スワール領域(b)において、充填弁２６及びＳＣ弁３０の開度は、燃料噴射量と機関回転数とに応じた同一の基本開度に決定される。具体的に、図３に示すように、燃料噴射量が大きくなり、あるいは機関回転数が大きくなる運転状態では、充填弁２６及びＳＣ弁３０の開度も開き側に、すなわち通路面積が大きくなるように設定される。ＥＣＵ６０は、図３に示すような、機関回転数と燃料噴射量と、通常スワール領域(b)における充填弁２６及びＳＣ弁３０の開度との関係を定めたマップを予め記憶している。通常スワール領域(b)では、このマップに従って、機関回転数と燃料噴射量に応じて基本開度が算出され、充填弁２６の開度とＳＣ弁３０の開度とは共に基本開度に設定される。
【００３４】
一方、スワール強化領域(a)では、充填弁２６は、通常スワール領域(b)における開度、すなわち、その時の機関回転数と燃料噴射量とに応じて設定される基本開度に設定される。一方、ＳＣ弁３０は、充填弁２６よりも大きく開くように、ＳＣ弁３０の開度は基本開度よりも小さな値に制御される。具体的にＳＣ弁３０の開度は以下のように設定される。
【００３５】
まず、現在の運転状態から、目標スワールが求められる。目標スワールは、機関回転数と燃料噴射量と目標スワールとの関係を定めるマップに従って算出される。つまり機関回転数と燃料噴射量との関係で、燃料と空気との混合を促進できるような最適なスワール値に設定される。
【００３６】
図４は、目標スワールと充填弁２６の開度と、ＳＣ弁３０の開度との関係を説明するための図である。図４において横軸は目標スワールを表し、縦軸はＳＣ弁３０の開度[%]を表している。また、図４中の各線の値100、80、60は、それぞれ充填弁２６の開度を表している。ＳＣ弁３０の開度は、通常スワール領域(b)の場合と同様に充填弁２６の開度が求められ、現在の運転状態に応じて目標スワールが算出されると、それに応じて、図４に示す関係に基づいて算出される。具体的に、例えば充填弁２６の開度が機関回転数と燃料噴射量から60[%]に設定され、その時の目標スワールが3.0と算出されたとすると、図４に従って、ＳＣ弁３０の開度(縦軸)は20[%]と求められる。このようにスワール強化領域においては、ＳＣ弁３０の開度は充填弁２６の開度(基本開度)よりも小さな値（開き側）に設定される。ＥＣＵ６０は、図４に示すような目標スワールと充填弁２６の開度と、ＳＣ弁３０の開度とを定めたマップを予め記憶している。スワール強化領域(a)では、このマップに従って、目標スワールと充填弁２６の開度とに応じてＳＣ弁３０の開度が算出される。
【００３７】
ＳＣ弁３０の開度が充填弁２６の開度よりも開き側に設定されると、スワール側マニホールド２４の通路面積の方が、充填側マニホールド２２の通路面積よりも大きくなる。従って、スワール側マニホールド２４へ流入する空気量が大きくなり、スワールポート４０から気筒３６内に吸入される空気量が、充填ポート３８から吸入される空気よりも大きくなる。スワールポート４０から吸入される空気は、気筒３６内にスワールを発生させるような流れが付された状態であるため、スワールポート４０側からの吸気量が大きくなれば、気筒３６内で発生するスワールは、充填弁２６及びＳＣ弁３０が共に同一の基本開度に設定される場合に比べて大きくなる。
【００３８】
しかしこのように充填弁２６の開度を通常スワール領域(b)での開度と同一の基本開度とし、ＳＣ弁３０をその基本開度よりも開き側に設定した場合、吸気マニホールド全体で見ると、スワール強化領域(a)においては、通常スワール領域(b)に比べて空気の通路面積が大きくなることとなる。このため、従来のように充填ポート側のバルブを閉鎖することでスワールを強化する場合と比較すると、スワールポート４０側と充填ポート３８側との吸気量に十分な差を確保することができず、スワール強化の限界値が却って小さくなってしまうことが考えられる。
【００３９】
そこで、実施の形態１では、スワール強化領域(a)においては、ＳＣ弁３０を開き側に制御すると共に、ＭＡＴ１４により過給圧の上昇を図る。図５は、実施の形態１における目標スワールとＭＡＴ１４のＭＡＴコントローラ５６への供給電力との関係を説明するための図である。図５において横軸は目標スワールを表し、縦軸はＭＡＴ１４への供給電力[W]を表している。また、図５においてαは、充填弁２６及びＳＣ弁３０を共に全開とした通常スワール時の状態で発生するスワール値を表している。
【００４０】
図５に示すように、ＭＡＴ１４のＭＡＴコントローラ５６への供給電力は、目標スワールが大きくなるに連れて大きくなるように設定される。ＭＡＴコントローラ５６への供給電力が大きくなると、モータ５４が大きく回転し、吸気コンプレッサ５２により大きな駆動力が伝達される。その結果、吸気通路１２に流れる吸入空気の過給圧が大きくなる。つまり、目標スワールが大きく、スワールを強化する際には、ＳＣ弁３０の開度を充填弁２６の開度よりも開き側になるように制御すると共に、ＭＡＴ１４への供給電力を大きくして過給圧を上昇させる。その結果、充填ポート３８内とスワールポート４０内との過給圧差が大きくなり、充填ポート３８とスワールポート４０とから気筒３６内に吸入される空気量の差を大きくすることができる。従って、充填弁２６の開度(基本開度)よりも更に、ＳＣ弁３０の開度を大きくし、吸気マニホールド２０全体では通路面積が大きくなるようにしても、目標スワールに応じたスワールを発生させることができる。
【００４１】
ＥＣＵ６０は、図５に示すような目標スワールとＭＡＴ１４への供給電力との関係を定めたマップを予め記憶している。スワール強化領域(a)においては、上記のようにＳＣ弁３０の開度が大きく開き側に制御されると共に、このマップに従って算出された供給電力がＭＡＴ１４に供給され、目標スワールに応じて過給圧が上昇するように制御される。これにより、低回転あるいは低負荷領域では、スワールが強化されて燃料の霧化促進を図り、着火性及び燃焼性の向上を図ることができる。
【００４２】
図６は、従来技術のように、各ポートに設けられたＳＣ弁を閉弁させることでスワールを制御した場合のポンピングロスを表す図であり、図７は、本実施の形態１の制御を行った場合のポンピングロスを表す図である。従来の場合、通常スワール状態(ＳＣ弁OFF)からスワールを強化する際には、充填ポートに設けられたＳＣ弁を閉弁する(ＳＣ弁ON)。このように通常スワール状態(ＳＣ弁OFF)からスワール強化状態(ＳＣ弁ON)にされると、スワールポート側のみが開口することとなるため充填ポート側からの吸気ができず、吸気行程におけるピストン下降時の吸入抵抗が増大する。従って、従来の場合、図６に示すように、スワール強化状態(ＳＣ弁ON)におけるポンピングロスが通常スワール時(ＳＣ弁OFF)に比べて大きなものとなる。
【００４３】
一方、実施の形態１において、通常スワール(領域(b))の状態から、スワールを強化する(領域(a))場合、ＳＣ弁３０の開度がより開き側に制御され、その上で必要な過給圧を確保するためＭＡＴ１４の電力供給が行われる。従って、通常スワール時に比べて吸入ガスの通路面積が大きくなると共に、過給圧も大きくなるため、吸気行程における吸気抵抗は小さくなる。その結果、図７に示すように、スワール強化中は、通常スワール時の場合に比べてポンピングロスが小さくなる。このように実施の形態１によれば、ポンピングロスを低減しつつ、スワール強化を図ることができる。
【００４４】
図８は、ＳＣ弁３０の開度と発生するスワールとの関係を説明するための図である。図８において、横軸はＳＣ弁３０の開度を表し、縦軸はスワール比を表している。実施の形態１のシステムは、スワール強化領域(a)においては、ＳＣ弁の開度を開き側に制御すると共に、目標スワールに応じてＭＡＴ１４に必要な電力供給を行う。これにより過給圧を上昇させることができ、充填ポート３８とスワールポート４０とからの吸気量に十分な差を確保しつつ、全体として吸気量を増大させることができる。従って、図８に示すように、従来の充填ポート側のＳＣ弁を閉弁することにより生成されるスワールに対して、より大きなスワールを発生させることができ、スワールの制御範囲を大幅に拡大させることができる。
【００４５】
[実施の形態１の制御のルーチン]
図９は、この発明の実施の形態１においてＥＣＵ６０が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。図９に示すルーチンにおいて、まずアクセル開度ACCが検出される(ステップＳ１０２)。アクセル開度ACCはアクセル開度センサ６４の出力に応じてＥＣＵ６０において求められる。次に、機関回転数NEが検出される(ステップＳ１０４)。機関回転数NEは、回転数センサ６２の出力に応じてＥＣＵ６０において求められる。次に、燃料噴射量Qが算出される(ステップＳ１０６)。燃料噴射量Qは機関回転数NEとアクセル開度ACCとに応じて、ＥＣＵ６０において求められる。
【００４６】
次に、燃料噴射量Qと機関回転数NEとから目標スワールSWtgが算出される(ステップＳ１０８)。目標スワールSWtgは、予めＥＣＵ６０に記憶されたマップにより、ステップＳ１０４、Ｓ１０６で求められた機関回転数NEと燃料噴射量Qに応じて求められる。
【００４７】
次に、通常スワール領域(b)とした場合に、現在の運転状態で設定される充填弁２６とＳＣ弁３０との基本開度Voffが求められる(ステップＳ１１０)。通常スワール領域(b)における基本開度Voffは、ＥＣＵ６０に予め記憶されたマップ(図３参照)により、機関回転数NEと燃料噴射量Qとに応じて算出される。求められた基本開度Voffは、スワール強化を行わない場合に、現在の運転状態において設定される開度であり、燃料噴射量Qに対して必要な吸入空気量を確保して要求トルクを発生させるため、最適な開度である。
【００４８】
次に、目標スワールSWtgが判定値αより大きいか否かが判定される(ステップＳ１１２)。判定値αは、充填弁２６とＳＣ弁３０とを共に全開にした場合に、気筒３６内に生じるスワール比を示している。また、現在の運転状態がスワール強化領域(a)にある場合、目標スワールSWtgが判定値αよりも大きくなり、通常スワール領域(b)にある場合、目標スワールSWtgは判定値α以下となっている。従って、ステップＳ１１２においては、目標スワールSWtgのスワールを発生させるため、スワールの強化制御を行う必要があるか否かが判定される。
【００４９】
ステップＳ１１２において、目標スワールSWtg＞判定値αの成立が認められない場合には、現在の運転状態が通常スワール領域(b)でありスワールを強化する必要がないと判断される。従って、充填弁２６、ＳＣ弁３０の開度が同一の基本開度Voffに設定される(ステップＳ１１４、Ｓ１１６)。これにより、過剰なスワールの発生を避けて必要な吸入空気量を確保して、内燃機関１０の運転を行うことができる。次に、ＭＡＴ１４への電力供給がOFFに設定される(ステップＳ１１８)。その後、一旦この処理が終了する。
【００５０】
一方、ステップＳ１１２において、目標スワールSWtg＞判定値αの成立が認められた場合には、現在の運転状態がスワール強化領域(a)にあると判断され、充填弁２６の開度のみが基本開度Voffに設定される(ステップＳ１２０)。次に、ＳＣ弁３０の開度が設定される(ステップＳ１２２)。ＳＣ弁３０の開度は、ステップＳ１１０で算出された基本開度VoffとステップＳ１０８で算出された目標スワールSWtgとに応じて、ＥＣＵ６０に記憶されたマップ（図４参照）により算出される。ＳＣ弁３０の開度は、充填弁２６の開度(基本開度Voff)よりも開き側の開度に設定される。次に、ＭＡＴ１４への電力供給量が設定される(ステップＳ１２４)。ＭＡＴ１４への電力供給量は、目標スワールSWtgのスワールを発生させるためのものであり、目標スワールSWtgに応じて、予めＥＣＵ６０に記憶されたマップ(図５参照)に従って設定される。その後一旦この処理が終了する。
【００５１】
以上説明したように、実施の形態１においては、運転状態に応じて、スワール強化を必要とする場合に、一方のＳＣ弁３０の開度を、他方の充填弁２６の開度よりも開くように制御する。このときＭＡＴ１４への供給電力を制御することで、過給圧の不足を補償する。これによりスワールポート４０側と充填ポート３８側とからの吸気量の差が十分に確保され、目標値に応じてスワールを発生させることができる。このようなスワール強化においては、充填弁２６が通常スワール時と同じ開度のまま、ＳＣ弁３０が開き側に制御され、更に過給圧が上昇するように制御される。従って、スワール発生のため充填ポート側を閉弁するような制御とは逆に、スワール強化時のポンピングロスを低減させることができる。
【００５２】
また、実施の形態１においては、吸気マニホールド２０を、充填ポート３８に接続する充填側マニホールド２２と、スワールポート４０に接続するスワール側マニホールド２４とに区分して、充填側マニホールド２２の入口とスワール側マニホールド２４の入口付近に、１つずつの充填弁２６あるいはＳＣ弁３０を設置する構造としている。従って吸気ポートのそれぞれにＳＣ弁を設置した従来の構造のような、気筒ごとの組付け誤差等が発生しない。このため、気筒３６ごとにスワールのバラツキが生じるのを回避することができる。
【００５３】
しかしながら、この発明においてシステムの構成はこの構成に限るものではなく、従来と同様に充填ポートとスワールポートとが共通の吸気マニホールドに接続され、充填ポートとスワールポートとのそれぞれに、バルブを設けたものであっても良い。このような場合にも、スワール強化時には充填ポート側のバルブの開度よりもスワールポート側のバルブの開度を開くように制御すると共に、ＭＡＴ１４への電力供給を制御することにより、ポンピングロスの増大を回避しつつ、スワールの強化を行うことができる。
【００５４】
なお、実施の形態１においては、通常スワール領域(b)においては、充填弁２６とＳＣ弁３０との開度を、共に同一の基本開度Voffとする場合について説明した。しかしこの発明はこれに限るものではなく、スワールを抑制する必要がある場合などにおいては、逆に充填ポート３８側の開度を大きくするなど、他の制御を同時に行うものであってもよい。
【００５５】
また、実施の形態１においては、充填側マニホールド２２とスワール側マニホールド２４との吸気通路の断面積がほぼ同一であり、充填弁２６及びＳＣ弁３０を同一開度に設定することにより、充填側マニホールド２２の通路面積とスワール側マニホールド２４の通路面積とを同一にできる場合について説明した。しかし、この発明は、このような構成に限るものではなく、充填側マニホールド２２とスワール側マニホールドとの断面積が異なり、取付けられた各弁の開度を適切に調整することにより通路面積を制御して、充填ポート３８とスワールポートとに流入するガス量をそれぞれ適切に制御するものであってもよい。
【００５６】
また、実施の形態１においては、過給機としてＭＡＴ１４を用いて、ＭＡＴ１４への供給電力の制御により過給圧を制御する場合について説明した。ＭＡＴ１４によれば、ＭＡＴコントローラ５６への電力供給によりモータ５４を回転させることにより、吸気コンプレッサ５２を駆動することができる。すなわち排気ガスに応じて回転する排気タービン５０の回転とは独立して、吸気コンプレッサ５２を駆動させることができるため、より確実に過給圧を大きく上昇させることができる。しかし、この発明において過給機はこれに限るものではなく、例えば可変ノズル式ターボチャージャ等のように、他の構成により吸気通路１２内の過給圧を制御し得るものであってもよい。
【００５７】
また、実施の形態１においては４気筒の内燃機関１０を図示して説明したが、この発明において内燃機関の気筒数は４気筒であるものに限らず、他の気筒数のものであってもよい。例えば、吸気マニホールドが、例えば複数の気筒群(バンク)ごとに分かれるような場合にも、その吸気マニホールドのそれぞれを、充填側マニホールドとスワール側マニホールドとに分離することにより、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。また、２つの排気ポート４２を備えるものに限るものではなく、例えば気筒ごとの排気ポートが１の気筒であってもよい。その他についても、実施の形態１のシステムは、図１に図示した構成に限るものではなく、この発明の範囲内で他の構成とするものであってもよい。
【００５８】
なお、例えば実施の形態１においてステップＳ１０８が実行されることにより、この発明の「目標スワール算出手段」が実現し、ステップＳ１１２が実行されることにより「スワール強化判断手段」が実現し、ステップＳ１１０が実行されることにより「基本開度算出手段」が実現し、ステップＳ１２０又はＳ１２２が実行されることにより「弁制御手段」が実現し、ステップＳ１２４を実行することにより「過給機制御手段」が実現する。
【００５９】
実施の形態２．
以下、図１０乃至図１２を参照して実施の形態２について説明する。ただし、ここでは実施の形態２の特徴的な部分を中心に説明し、実施の形態１の説明と共通する部分については説明を簡略または省略する。
【００６０】
図１０は、この発明の実施の形態２におけるシステムの構成を説明するための模式図である。図１０に示すように、実施の形態２のシステムは、ＥＧＲ機構７０を有する点を除いて、図１と同一の構成を有する。具体的に、ＥＧＲ機構７０は、排気マニホールド４４の下流側に、排気通路４６と分岐して接続するＥＧＲ通路７２を備えている。ＥＧＲ通路７２には、ＥＧＲ通路７２の一部をバイパスするようにしてＥＧＲクーラ７４が設置されている。ＥＧＲ通路７２のＥＧＲクーラ７４の下流側には、ＥＧＲ弁７６が設けられている。ＥＧＲ通路７２は、ＥＧＲ弁７６より下流側において、充填側マニホールド２２の、充填弁２６よりも下流側に接続されている。充填側マニホールド２２には、内部の圧力に応じた出力を発する圧力センサ７８が組み付けられている。ＥＧＲ弁７６及び圧力センサ７８は、ＥＣＵ６０に接続されている。ＥＣＵ６０は圧力センサ７８の出力を検出する一方、ＥＧＲ弁７６の開度を制御する。
【００６１】
ＥＧＲ機構７０により、内燃機関３６から排出された排気ガスは、充填側マニホールド２２に再循環され、充填側マニホールド２２内の新気と混合して再び気筒３６に吸気される。ここで排気ガスの再循環の目標値は、機関回転数と燃料噴射量等に応じて目標ＥＧＲ率として設定される。この目標ＥＧＲ率に応じてＥＧＲ弁７６の開度が設定される。更に、圧力センサ７８の出力に応じて、ＥＧＲ弁７６の開度が補正され、補正された開度にＥＧＲ弁７６が制御されると、目標ＥＧＲ率に応じた排気ガスの循環が行われる。
【００６２】
図１１は、この発明の実施の形態２における制御の領域を説明するための図である。図１１において、横軸は機関回転数を表し、縦軸はトルクを表している。図２と同様に、図１１の実線(i)はエンジン運転領域を表し、一点鎖線(ii)はスワール強化を行う境界を表している。つまり実施の形態２のシステムにおいても、機関回転数の低い領域においては、目標スワールが大きくなりスワールを強化するように制御される。更に、実施の形態２のシステムはＥＧＲの制御を行う。ＥＧＲ制御は、点線(iii)に示すように機関回転数及びトルクが小さい領域において目標ＥＧＲ率がゼロより大きくなりＥＧＲ制御が実行され、機関回転数が高い領域あるいはトルクが大きな領域においてはＥＧＲ率がゼロとなり、ＥＧＲ制御は停止される。
【００６３】
つまり実施の形態２においては、図１１に示されるように、以下の４つの制御領域に分けられる。
(領域A)  スワール強化、かつＥＧＲ制御を行う(ＥＧＲ制御ON)領域
(領域B)  スワール強化、かつＥＧＲ制御は行わない(ＥＧＲ制御OFF)領域
(領域C)  通常スワール、かつＥＧＲ制御ONとする領域
(領域D)  通常スワール、かつＥＧＲ制御OFFとする領域
【００６４】
ＥＧＲ制御がOFFの領域B、領域Dにおいては、実施の形態１と同様の制御が実行される。具体的に、スワール強化かつＥＧＲ制御OFFとされる領域Bでは、実施の形態１のスワール強化領域(a)の制御と同様に、充填弁２６の開度が、通常スワール時の基本開度Voffに設定され、ＳＣ弁３０の開度は基本開度Voffよりも開き側に制御される。また、このとき、目標スワールに応じてＭＡＴ１４への電力供給が制御される。これにより必要な過給圧を確保してスワールを強化することができ、ポンピングロスの発生を回避しつつスワールを強化させることができる。
【００６５】
また、通常スワールかつＥＧＲ制御OFFの領域Dでは、実施の形態１の通常スワール領域(b)の場合の制御と同様に、機関回転数と燃料噴射量に応じて基本開度Voffが求められ、充填弁２６とＳＣ弁３０とが共に、同一の基本開度Voffに制御される。また、このとき、ＭＡＴ１４への供給電力はOFFとされる。
【００６６】
一方、ＥＧＲ制御がONとされている領域、すなわちＥＧＲ率＞０の領域A,Cでは、充填側マニホールド２２には排気ガスが循環して供給される。従ってＥＧＲ制御ON中は燃焼性の低下やスモークの発生が予想される。そこで、燃焼性の低下やスモークの発生を抑えるため、ＥＧＲ制御がONとされる場合には、ＥＧＲ制御がOFFの場合よりも大きなスワールを発生させて、燃焼の改善を図る。つまり実施の形態２において設定される目標スワールは、ＥＧＲ制御ON中には、そのＥＧＲ率をも考慮して設定される値であり、ＥＧＲ率が大きい場合には大きく設定される。実施の形態２において、ＥＣＵ６０は、機関回転数、燃料噴射量及びＥＧＲ率と、目標スワールとの関係を予め実験等により定めたマップを記憶している。目標スワールは、このマップに従って、機関回転数、燃料噴射量、ＥＧＲ率に応じた値が設定される。
【００６７】
通常スワールでＥＧＲ制御ONとされる領域Cでは、充填弁２６及びＳＣ弁３０の開度は、共に同一の基本開度Voffに設定される。基本開度Voffは、実施の形態１の通常スワール時と同様に算出され、ＭＡＴ１４への電力供給はOFFとされる。この状態で、ＥＧＲが常に目標ＥＧＲ率に一致するように、ＥＧＲ弁７６の開度が設定され、また、圧力センサ７８の出力に応じて、ＥＧＲ弁７６の開度がフィードバック補正される。この補正された開度に従って、ＥＣＵ６０から制御信号が出されて、ＥＧＲ弁７６の開度が制御され、ＥＧＲ通路７２から、充填側マニホールド２２に循環される排気ガス流量が制御される。
【００６８】
スワール強化され、かつＥＧＲ率がONとされる領域Aでは、基本開度Voffに対して、ＳＣ弁３０の開度が開き側に制御され、また目標スワールに応じて、ＭＡＴ１４への供給電力が設定される。また、ＥＧＲについては上記のようなフィードバック補正により、ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率に一致するように制御される。
【００６９】
ここで、実施の形態２では充填側マニホールド２２にのみＥＧＲ通路７２が接続されており、ＥＧＲ通路７２からの排気ガスは、充填側マニホールド２２にのみ供給される。このため、充填弁２６をＥＧＲ率に応じて、基本開度Voffよりも絞り側に制御するようにする。また、充填弁２６を閉じることにより、吸気通路１２からスワール側マニホールド２４に流入する空気量が増大し、スワールポート４０側から吸気される空気の流速を高めることができる。従って、領域Aにおいては更に強いスワールを発生させることができる。なお、ＭＡＴ１４への電力制御は、ＥＧＲ制御により発生するスワールが強められるのを考慮して算出される。
【００７０】
図１２は、この発明の実施の形態２においてシステムが実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。図１２のルーチンは、図９のルーチンに加えて、ステップＳ２０２〜Ｓ２２０を実行する点を除いて、図９のルーチンと同じものである。具体的に、図１２のルーチンにおいては、図９のルーチンと同様に、ステップＳ１０２〜Ｓ１０６において内燃機関１０の運転状態に関する情報が検出、算出された後、まず目標ＥＧＲ率EGRtgが算出される(ステップＳ２０２)。目標ＥＧＲ率EGRtgは、機関回転数NEと燃料噴射量Qとに応じて算出される。次に、目標スワールSWtgが算出される(ステップＳ１０８)。目標スワールSWtgは、機関回転数NEと燃料噴射量及び目標ＥＧＲ率EGRtgに応じて算出される。すなわち、同じ機関回転数NE、燃料噴射量Qであっても、目標ＥＧＲ率EGRtgが大きい場合には、目標スワールSWtgは大きくなるように設定される。
【００７１】
次に、通常スワール時の基本開度Voffが算出された後(ステップＳ１１０)、ステップＳ１１２において、目標スワールSWtgが判定値αより大きいか否かが判定される。ステップＳ１１２において目標スワールSWtg＞判定値αの成立が認められない場合には、スワール強化はされないため、充填弁２６及びＳＣ弁３０の開度が基本開度Voffに設定され、ＭＡＴ１４への電力供給がOFFに設定される(ステップＳ１１４〜Ｓ１１８)。
【００７２】
次に、ＥＧＲ制御を行うか否かが判定される(ステップＳ２０４)。つまりステップＳ２０２において算出された目標ＥＧＲ率EGRtgが0より大きいか否かが判定される。ステップＳ２０２において目標ＥＧＲ率EGRtg＞0であることが認められない場合、すなわち目標ＥＧＲ率EGRtg＝0である場合には、ＥＧＲ制御がOFFとされる(ステップＳ２０６)。ここでは、ＥＧＲ弁７６が全閉に設定され、ＥＧＲ通路７２から充填側マニホールド２２への排気ガスの循環が停止されることとなる。
【００７３】
一方、ステップＳ２０４において目標ＥＧＲ率EGRtg＞0の成立が認められた場合、ＥＧＲの制御が行われる（ステップＳ２０８）。ここでは、ＥＧＲ弁７６の開度が目標ＥＧＲ率EGRtgに応じて求められ、この値が圧力センサ７８の出力に応じてフィードバック補正されてＥＧＲ弁７６の開度が設定され、目標ＥＧＲ率に応じたＥＧＲ制御が行われる。その後、一旦この処理が終了する。
【００７４】
一方、ステップＳ１１２において目標スワールSWtg＞判定値αの成立が認められた場合、スワールを強化する必要があると判断される。このとき、まず、ステップＳ２１０において、ＥＧＲ率が0より大きいか否かが判定される。すなわち、ＥＧＲ制御が必要か否かが判定される。ステップＳ２１０において、目標ＥＧＲ率＞0の成立が認められない場合には、まずステップＳ１２０〜Ｓ１２４により、充填弁２６の開度が基本開度Voffに設定され、ＳＣ弁３０の開度がスワール強化時の基本開度Voffよりも開き側の開度に設定され、ＭＡＴ１４への供給電力が設置された後、ＥＧＲ制御が停止され、ＥＧＲ弁７８が全閉に設定される(ステップＳ２１２)。その後、この処理が終了する。
【００７５】
一方、ステップＳ２１０において目標ＥＧＲ率＞0の成立が認められた場合、まず充填弁２６の開度が設定される(ステップＳ２１４)。充填弁２６の開度は、目標ＥＧＲ率と、機関回転数NE及び燃料噴射量Qに応じて、ＥＣＵ６０に予め記憶されたマップに従って算出される。ここでは目標ＥＧＲ率に応じて充填ポート３８側に排気ガスが循環して供給されている。従って、その循環量に応じて充填弁２６は基本開度Voffよりも閉弁側の開度に設定される。
【００７６】
次に、ＳＣ弁３０の開度が設定される(ステップＳ２１６)。ＳＣ弁３０の開度は目標スワールSWtgと、ステップＳ２１４において算出された充填弁２６の開度とに応じて、予めＥＣＵ６０に記憶されたマップにより求められる。次に、目標スワールSWtgに応じてＭＡＴ１４への供給電力が設定される(ステップＳ２１８)。ＭＡＴ１４への供給電力は目標スワールSWtgに応じて、マップに基づいて算出される。次に、ＥＧＲ制御が実行される（ステップＳ２２０）。具体的にはＥＧＲ弁７６の開度が、目標ＥＧＲ率EGRtgと、機関回転数NE及び燃料噴射量Qに基づいて算出された基本開度を、圧力センサ７８の出力に応じて算出されるフィードバック補正値により補正した開度に設定される。その後、一旦この処理が終了する。
【００７７】
以上説明したように、実施の形態２によれば、ＥＧＲ機構７０のＥＧＲ通路７２が充填側マニホールド２２にのみ接続され、排気ガスが充填側マニホールド２２にのみ流入するように構成されている。従って、充填弁２６を閉弁側に制御することで、スワールポート４０側に流れる空気量が増大し、充填ポート３８とスワールポート４０との過給圧の差を更に大きくすることができる。ＥＧＲ制御中は、排気ガスが再循環されるため燃焼性が低下する場合があるが、実施の形態２の構造によれば、ＥＧＲ制御中には、充填ポート３８側とスワールポート４０側の空気量の差をより大きくとることができるため、より強いスワールを発生させる状態とすることができる。従って、ＥＧＲ制御中の燃焼性の低下を抑える強いスワールを発生させることができ、燃焼性の向上を図ることができる。
【００７８】
なお、上記の実施の形態２においては、ＥＧＲ機構７０のＥＧＲ率がＥＧＲ弁７６の開度により制御され、また、ＥＧＲ弁の開度は圧力センサ７８の出力に基づいてフィードバック制御される場合について説明した。しかし、ＥＧＲ機構はこのようなＥＧＲ機構に限るものではなく、排気通路４４と充填側マニホールド２２との間に接続され、排気ガスを充填側マニホールド２２に再循環させる機構であれば、他の構造であってもよい。
【００７９】
なお、例えば実施の形態２においてステップＳ２１０が実行されることにより、この発明の「ＥＧＲ判断手段」が実現し、ステップＳ２０２及びステップＳ２２０が実行されることにより「ＥＧＲ制御手段」が実現し、ステップＳ２１４が実行されることにより「弁制御手段」が実現する。
【００８０】
以上の実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に限定されるものではない。また、実施の形態において説明する構造や、方法におけるステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】この発明の実施の形態１におけるシステムの構成を説明するための模式図である。
【図２】この発明の実施の形態１における制御の領域を説明するための図である。
【図３】この発明の実施の形態１における機関回転数と燃料噴射量とバルブの開度との関係を説明するための図である。
【図４】この発明の実施の形態１における目標スワールとバルブの開度との関係を説明するための図である。
【図５】この発明の実施の形態１における目標スワールとＭＡＴへの供給電力との関係を説明するための図である。
【図６】従来のスワールコントロールバルブの制御とポンピングロスとの関係を説明するための図である。
【図７】この発明の実施の形態１におけるスワールコントロールバルブとポンピングロスとの関係を説明するためのグラフである。
【図８】この発明の実施の形態１におけるスワール値とバルブの開度との関係を説明するための図である。
【図９】この発明の実施の形態１における制御のルーチンを説明するためのフローチャートである。
【図１０】この発明の実施の形態２におけるシステムの構成を説明するための模式図である。
【図１１】この発明の実施の形態２における制御の領域を説明するための図である。
【図１２】この発明の実施の形態２における制御のルーチンを説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００８２】
１０  内燃機関
１２  吸気通路
１４  モータアシストターボチャージャ(ＭＡＴ)
１６  吸気バイパス弁
１８  インタークーラ
２０  吸気マニホールド
２２  充填側マニホールド
２４  スワール側マニホールド
２６  充填弁
２８  アクチュエータ
３０  スワールコントロール弁(ＳＣ弁)
３２  アクチュエータ
３６  気筒
３８  充填ポート
４０  スワールポート
４２  排気ポート
４４  排気マニホールド
４６  排気通路
４８  浄化装置
５０  排気タービン
５２  吸気コンプレッサ
５４  モータ
５６  ＭＡＴコントローラ
６０  ＥＣＵ
６２  回転数センサ
６４  アクセル開度センサ
７０  ＥＧＲ機構
７２  ＥＧＲ通路
７４  ＥＧＲクーラ
７６  ＥＧＲ弁
７８  圧力センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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